长期以来,火星何时由“相对湿润”转向“寒冷干燥”,以及水活动在晚期为何呈现局部化、短暂化,是行星科学界关注的核心问题之一。
火星早期曾发育河流、湖泊乃至可能的海洋,但进入亚马逊纪后,关于水是否仍能在较近地质年代持续作用,证据相对零散,且多来自轨道遥感的地貌判读,缺少对浅地表“时间更年轻记录”的直接刻画。
此次基于祝融号的原位雷达探测,为这一关键阶段提供了新的地下证据链。
从技术路径看,轨道雷达能够覆盖大范围、描绘宏观地下结构,但受观测距离限制,对浅地表的精细结构分辨能力有限;而浅地表往往对应更年轻的地质过程,承载着晚期水活动的直接信息。
祝融号于2021年5月15日在乌托邦平原南部着陆,并首次在火星表面部署高频四极化探地雷达。
相关团队依托该雷达对地下介质各向异性参数进行反演,获得厘米级精细成像,补齐了以往火星车任务在浅地表地下结构探测方面的短板,为判断沉积成因与环境演化提供了更直接的观测依据。
从观测结果看,雷达在约7米深度范围内识别出多尺度沉积结构,层理从米级、分米级延伸至厘米级,呈现出稳定的分层特征;沿行驶路径,多处掩埋陨石坑被清晰成像,部分坑体深约2.1米,上覆约4米厚的晚期沉积物,显示该区存在较为持续的沉积充填过程。
同时,数据揭示了中层、下层普遍发育倾角约8°至15°、整体向北倾斜的坡面与裂隙构造,并识别出向南倾斜的铲形断层形态,表明沉积与构造过程可能在同一时期或相邻时期叠加发生,为解释沉积环境与后期改造提供了结构约束。
关键在于对沉积成因的判别。
研究指出,着陆区广泛覆盖一套厚约4米、地表形态相对均匀的沉积层,连续性强,覆盖于陨石坑及其周边区域。
在排除火山熔岩覆盖、变质作用及单纯风成沉积等成因后,水成沉积成为能够同时解释“厚度、连续性与充填方式”的合理机制。
掩埋陨石坑的规模与充填关系进一步指向沉积时期可能处于浅水环境:水体能够在地形低洼处形成相对稳定的沉积空间,并促成较大范围的均一沉积层铺展。
此外,多源观测之间的对应关系增强了结论可信度。
高频雷达识别的浅部向北倾斜界面,与低频雷达在更深部揭示的古海岸线特征呈现出较好的一致性,提示该区可能记录了与古海岸相关的地层结构。
与其他区域火山熔岩覆盖背景相比,着陆区介质电性特征表现出更低的损耗特征,亦更符合沉积环境的物性表现。
地表成分分析方面,相关载荷在地表识别到板状岩石与具交错层理特征的片状岩石,并检测到含水矿物;相应地,雷达成像揭示的厘米级薄层沉积结构在形态上与地表层理特征相呼应,形成“地表—地下”相互印证的证据体系。
将上述证据放入火星气候演化的时间框架,意义尤为突出。
已有研究普遍认为,火星在约40亿年至37亿年前水活动广泛且相对稳定;约37亿年至30亿年前转为阶段性、突发性过程,并与火山、构造活动可能存在耦合;30亿年前至今整体趋于寒冷干旱,水活动多以冰、卤盐沉积、地下水上涌、局部融冰与洪水等形式保存。
此次推断的“约7.5亿年前仍有显著水体活动”,意味着火星晚期并非只有零星、极端事件式的水过程,至少在局部地区仍可能存在可形成连续沉积的水环境,从而把“含水历史的终点”向更近的地质时期推进,为重估亚马逊纪气候条件、热量来源与水循环机制提供了新的约束。
这一发现的影响不仅在于改写时间表,更在于为后续探测提供方向:一方面,地下结构保存更完整、受表面风化扰动更小,适合作为重建气候与环境变迁的“地质档案”;另一方面,晚期水活动区域可能兼具资源与科学价值,对着陆点优选、样品采集策略以及未来长期驻留的环境评估具有现实意义。
面向下一步工作,科研界仍需在多区域对比、年代学约束、沉积过程数值模拟以及与轨道数据的联合反演上持续推进,进一步厘清水体来源是融冰、地下水补给还是短期气候波动所致,并评估其持续时间与空间范围。
从敦煌壁画中的飞天幻想,到祝融号传回的科学数据,中华民族的深空探索正在书写新的篇章。
这颗红色星球的水文记忆被层层揭开的过程,不仅关乎对地外生命的追寻,更折射出人类对自身家园命运的理解。
正如科学家所言,研究火星的干涸历程,恰是为地球的水资源保护敲响警钟。
在浩瀚宇宙中,每一滴水的故事都值得敬畏。